3d打印技術論文引言
3d打印技術論文引言
3D打印機的應用，縮短產品制作周期，同時也能夠提高產品材料利用率。學習啦小編整理了3d打印技術論文引言，有興趣的親可以來閱讀一下!
3d打印技術論文引言篇一
3D打印機及其工作原理
【摘 要】3D打印機以數字模型文件為基礎，通過利用粉末狀的塑料及金屬等可粘合材料，采取逐層打印的方式來構造物體。3D打印機依托多種尖端技術，提供了廣闊的打印空間。本文對3D打印機的工作原理進行簡單分析，探討3D打印機的發(fā)展。
【關鍵詞】3D打印;打印技術;工作原理;3D打印機;發(fā)展
引言
3D打印機是意大利發(fā)明家恩里科.迪尼發(fā)明的新型打印機。恩里科.迪恩用3D打印機打印了一棟完美的建筑。不僅如此，3D打印機甚至可以在航天器中為宇航員提供需要的任何形狀物品。3D打印機屬于快速成形技術的一種，是科技發(fā)展及技術進步的重要表現形式。
1 3D打印技術概述
3D打印技術是通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術不同，因此又稱為添加制造。作為一種綜合性應用技術，3D打印技術綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識，具有很高的科技含量。3D打印機是3D打印的核心裝備。它是集機械、控制及計算機技術等為一體的復雜機電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機械系統(tǒng)、數控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設計與控制軟件等也是3D打印技術體系的重要組成部分。 目前，3D打印技術主要應用于產品原型、模具制造，以及藝術創(chuàng)作、珠寶制作等領域，替代這些領域傳統(tǒng)依賴的精細加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫(yī)學、建筑、服裝等領域，3D打印技術的引入也為創(chuàng)新開拓了廣闊的空間。
2 3D打印機及其工作原理
2.1 3D打印機的工作原理
3D打印機的工作原理其實很簡單，通俗地說，首先在電腦上設計一個完整的三維立體模型(也成為計算機輔助性設計)，然后把膠體或粉末等“打印材料”裝入打印機，再將打印機與電腦相連接，就可以通過電腦控制把“打印材料”和三維立體模型一層層地疊加，最終把計算機上的藍圖變成實物。這種通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出三維對象的3D打印技術是疊加式制造工序的一種形式，與傳統(tǒng)的疊加式制造工序相比，其具有速度快、價格便宜等優(yōu)點。在Windows網絡或工作站上運行的打印設備軟件可以讀取大部分的3D文件格式計算機輔助設計繪圖數據。這種軟件的作用就是將數據傳輸至3D打印設備，從而控制印刷頭的移動與材料輸出。在3D打印設備工作時，塑性模型材料細絲與可溶性支撐材料將被加熱至半液體狀態(tài)，然后通過擠壓頭輸出，精確地沉積成極其細微的分層。分層的厚度范圍在0.005英寸至0.013英寸(即0.127毫米至0.33毫米)，具體數值取決于打印設備性能。
印刷頭只沿水平方向或垂直方向移動，模型與支撐材料將自低而上地構造，壓盤根據實際情況上下移動。在構造模型時，有了支撐材料(圖中褐色部分物件)的承托，模型的懸掛部分能夠順利完成材料沉積，此外，支撐材料還有助于構造結構復雜的模型，如嵌套結構，以及具有移動部件的多重組件。打印工作完成后，可以將模型置于水中，支撐材料將會自行溶解，如果需要，還可以為模型涂上顏料，或者進行其它處理。每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。
2.2 3D打印機可以打印的物品。
3D打印機能夠打印自行車、汽車、電控飛行器，手槍、衛(wèi)星零部件……。美國3D打印服務提供商已經“打印”了75萬種產品，使用的材料包括塑料、不銹鋼、銀、陶瓷和玻璃等，數量之多令人驚嘆。如今，3D打印技術正計劃被用于各種武器裝備，如水面艦艇、潛艇和戰(zhàn)機的設計制造。據報道，美軍已經開始測試3D打印技術，建立起移動遠征實驗室，實際上是一個數字加工工作室。該實驗室是一個20英尺的標準集裝箱，其中裝備了3D打印機、計算機輔助銑削機、激光切割器、等離子切割器和水刀等。此外，該實驗室還包含發(fā)電機、空調系統(tǒng)及衛(wèi)星通訊設備。ELM實驗室造價280萬美元，這其中不包含設計和運行人員的工資。
(1)世界首款3D軍用打印機。3D軍用打印機又稱“三維打印機”，是由計算機輔助設計數據，通過成型設備以材料累加的方式，制成實物模型的制造技術。它通過電子制圖、遠程數據傳輸、激光掃描、材料熔化等一系列技術，使特定金屬粉或記憶材料熔化，并按照電子模型圖的指示一層層疊加起來，最終制造出實物。
(2)世界首款3D打印軍用汽車。世界首款3D打印軍用汽車，4500公里油耗38升。這款汽車擁有3個車輪，動力7馬力，并且采用的是后輪驅動的方式，預計將會在2015年正式上路。
(3)世界首款3D打印軍用手槍。近日，一家美國公司利用3D打印技術，成功造出AR-15半自動步槍的彈匣及其他部件。不久后，這家公司又在互聯網上公布，首款名為“解放者”的3D打印手槍試射成功。據報道，這款3D金屬手槍，已經成功發(fā)射了50發(fā)子彈，且多次擊中30公尺外的靶心。
(4)世界首款3D打印直升機起落架。目前，世界強國都希望用3D打印技術來制造直升機的起落架。他們針對電動車的開發(fā)，帶來新的電池技術，可減少電池尺寸，延長電池壽命;他們研發(fā)分散式供暖技術，預計三年后實驗成功……3D打印越來越牛，它已經可以打印出直升機上用的鈦合金零部件
(5)3D打印衣服。在3D打印時代，人人都是設計師。3D打印的好處在于只要能畫出圖，就能成真，這種技術也逐漸成為當今潮流思維的重要環(huán)節(jié)，對時尚服裝起到了一定的推動作用。在世界各地的時裝周上，就曾展示出多款3D打印制作的服裝，這種節(jié)約成本和時間的設計生產方式，值得服裝設計界廣泛關注和思考。
2.3 3D打印技術所依托的關鍵技術
3D打印技術需要依托多個學科領域的尖端技術，主要包括以下方面：信息技術，即要有先進的設計軟件及數字化工具，輔助設計人員制作出產品的三維數字模型，并根據模型自動分析出打印的工序，自動控制打印器材的走向;精密機械，即3D打印技術以“每層的疊加”為加工方式，產品的生產要求高精度，必須對打印設備的精準程度、穩(wěn)定性有較高的要求;材料科學，即用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成后又能重新結合起來，并具有合格的物理、化學性質。
3 3D打印機未來的發(fā)展趨勢
隨著3D打印技術的不斷突破，新材料的日益改善，3D打印的速度、尺寸在不斷提高，其技術在不斷優(yōu)化，應用領域在不斷擴展，特別是圖形藝術領域的潛力，三維的概念模型能更好地傳達制作者的想法或解決方案，一張圖可以勝過幾百甚至上千個文字的描述。專業(yè)人士堅信個性化或定制化的3D打印可以將一個所想象的三維模型即時擺在眼前，能夠快速改進產品，增長幅度將超過想象，將會改變社會各種應用的未來。
3D打印技術將淘汰傳統(tǒng)生產線，縮短制作周期，大大減少生產廢料，所需原材料用量將減少到原來的幾分之一。3D打印不僅節(jié)約成本，提高制作精度，也將彌補傳統(tǒng)制造的不足，并將在民用市場迅速崛起，從而開啟制造業(yè)的新紀元，為印刷工業(yè)帶來新的機遇。
4 結束語
3D打印機的應用，縮短產品制作周期，同時也能夠提高產品材料利用率。隨著3D打印技術越來越成熟，在不久的未來，3D打印將對人類的生活造成沖擊，為人類發(fā)展增添新的技術支持。
參考文獻：
[1]劉欣靈.3D打印機及其工作原理[J].網絡與信息，2012(2).
[2]徐秉君.3D打印機――打造未來世界[J].科技創(chuàng)新與品牌，2013(8).
3d打印技術論文引言篇二
3D打印技術及其應用發(fā)展研究
【摘要】本文通過分析3D打印機的原理，總結了幾種典型的3D打印技術，分析其市場應用和發(fā)展方向，得出3D打印技術的發(fā)展會引領第三次工業(yè)革命的發(fā)展。
【關鍵詞】3D;打印機;3D打印技術
1.前言
近來，三維(3D)打印技術[1]在發(fā)達國家興起，前不久在網上流傳的3D打印手槍，引來許多網友圍觀。3D打印現在已不再只是概念產物，全球已有不少公司推出了個人3D打印機，它已在平常生活中開始普及。2012年4月，英國《經濟學人》刊文認為，3D打印技術將與其他數字化生產模式一起，推動第三次工業(yè)革命的實現。傳統(tǒng)制造技術是“減材制造技術”，3D打印則是“增材制造技術”，它具有制造成本低、生產周期短等明顯優(yōu)勢。
2.3D打印機的原理及技術
2.1 3D打印機
3D打印機是近年來在民用市場出現的一個新詞。在專業(yè)領域有另一個名稱叫“快速成形技術”[2]。快速成形技術誕生于20世紀80年代后期，是基于材料堆積法的一種全新制造技術。它集分層制造技術、機械工程、數控技術、CAD、激光技術、逆向工程技術、材料科學于一體，可以直接、快速、自動、精確地將設計電子模型轉變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制作、新設計思想的校驗等方面提供了一種低成本而高效的實現手段?？焖俪尚渭夹g就是利用三維CAD的數據，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型。
不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點也各有不同。但是基本原理一樣，那就是“分層制造，逐層疊加”[3]，類似于數學上的積分過程。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺“立體打印機”，因此得名。
2.2 3D打印機的原理
3D打印機根據零件的形狀，每次制做一個具有一定微小厚度和特定形狀的截面，然后再把它們逐層粘結起來，就得到了所需制造的立體的零件。
每個截面數據相當于醫(yī)學上的一張CT像片;整個制造過程就像一個“積分”的過程。
整個過程是在電腦的控制下，由3D打印系統(tǒng)自動完成的。不同公司3D打印使用的成形材料不同，系統(tǒng)的工作原理也有所區(qū)別，但其基本原理都是一樣的，那就是“分層制造、逐層疊加”。這種工藝可以形象地叫做“增長法”。
2.3 3D打印技術
2.3.1 SLA技術
光固化成型法(SLA)是用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由點到線，由線到面順序凝固，完成一個層面的繪圖作業(yè)，然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度，再固化另一個層面。這樣層層疊加構成一個三維實體。SLA是最早實用化的快速成形技術，采用液態(tài)光敏樹脂原料。其工藝過程是，首先通過CAD設計出三維實體模型，利用離散程序將模型進行切片處理，設計掃描路徑，產生的數據將精確控制激光掃描器和升降臺的運動;激光光束通過數控裝置控制的掃描器，按設計的掃描路徑照射到液態(tài)光敏樹脂表面，使表面特定區(qū)域內的一層樹脂固化后，當一層加工完畢后，就生成零件的一個截面;然后升降臺下降一定距離，固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，再進行第二層掃描，第二固化層牢固地粘結在前一固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件原型。將原型從樹脂中取出后，進行最終固化，再經打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產品。
SLA技術主要用于制造多種模具、模型等;還可以在原料中通過加入其它成分，用SLA原型模代替熔模精密鑄造中的蠟模。SLA技術成形速度較快，精度較高，但由于樹脂固化過程中產生收縮，不可避免地會產生應力或引起形變。因此開發(fā)收縮小、固化快、強度高的光敏材料是其發(fā)展趨勢。
2.3.2 SLS技術
選擇性激光燒結技術(SLS)是采用激光有選擇地分層燒結固體粉末，并使燒結成型的固化層，層層疊加生成所需形狀的零件。其整個工藝過程包括CAD模型的建立及數據處理、鋪粉、燒結以及后處理等。
整個工藝裝置由粉末缸和成型缸組成，工作時粉末缸活塞(送粉活塞)上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均勻鋪上一層，計算機根據原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地燒結固體粉末材料以形成零件的一個層面。粉末完成一層后，工作活塞下降一個層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉?？刂萍す馐賿呙锜Y新層。如此循環(huán)往復，層層疊加，直到三維零件成型。最后，將未燒結的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。對于金屬粉末激光燒結，在燒結之前，整個工作臺被加熱至一定溫度，可減少成型中的熱變形，并利于層與層之間的結合。
與其它3D打印機技術相比，SLS最突出的優(yōu)點在于它所使用的成型材料十分廣泛。從理論上說，任何加熱后能夠形成原子間粘結的粉末材料都可以作為SLS的成型材料。目前，可成功進行SLS成型加工的材料有石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末和它們的復合粉末材料。由于SLS成型材料品種多、用料節(jié)省、成型件性能分布廣泛、適合多種用途以及SLS無需設計和制造復雜的支撐系統(tǒng)，所以SLS的應用廣泛。
2.3.3 PDM技術
熔積成型(FDM)法，該方法使用絲狀材料(石蠟、金屬、塑料、低熔點合金絲)為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度(約比熔點高1℃)，在計算機的控制下，噴頭作x-y平面運動，將熔融的材料涂覆在工作臺上，冷卻后形成工件的一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件。
該技術污染小，材料可以回收，用于中、小型工件的成形。成形材料：固體絲狀工程塑料;制件性能相當于工程塑料或蠟模;主要用于塑料件、鑄造用蠟模、樣件或模型。
2.3.4 LOM技術
分層實體制造法(LOM)，又稱層疊法成形，它以片材(如紙片、塑料薄膜或復合材料)為原材料，其成形原理如圖所示，激光切割系統(tǒng)按照計算機提取的橫截面輪廓線數據，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內外輪廓。切割完一層后，送料機構將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。LOM常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，還可以直接制造結構件或功能件。 LOM技術的優(yōu)點是工作可靠，模型支撐性好，成本低，效率高。缺點是前、后處理費時費力，且不能制造中空結構件。成形材料主要是涂敷有熱敏膠的纖維紙;制件性能相當于高級木材;主要用途是快速制造新產品樣件、模型或鑄造用木模。
3.3D打印技術的市場應用及發(fā)展方向
3.1 建筑設計領域
建筑模型的傳統(tǒng)制作方式，漸漸無法滿足高端設計項目的要求。全數字還原不失真的立體展示和風洞及相關測試的標準，現如今眾多設計機構的大型設施或場館都利用3D打印技術先期構建精確建筑模型來進行效果展示與相關測試[4]，3D打印技術所發(fā)揮的優(yōu)勢和無可比擬的逼真效果為設計師所認同。
3.2 磨具制造領域
玩具制作等傳統(tǒng)的模具制造領域[5]，往往模具生產時間長，成本高。將3D打印技術與傳統(tǒng)的模具制造技術相結合，可以大大縮短模具的開發(fā)周期，提高生產率，是解決模具設計與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效途徑。3D打印技術在模具制造方面的應用可分為直接制模和間接制模兩種，直接制模是指采用3D打印技術直接堆積制造出模具，間接制模是先制出快速成型零件，再由零件復制得到所需要的模具。
3.3 醫(yī)學領域
在醫(yī)學領域的應用近幾年來，人們對3D打印技術在醫(yī)學領域的應用研究較多。以醫(yī)學影像數據為基礎，利用3D打印技術制作人體器官模型，對外科手術有極大的應用價值，近年來許多醫(yī)院推出3D打印胎兒服務。
3.4 航空航天領域
在航空航天領域中，空氣動力學地面模擬實驗(即風洞實驗)是設計性能先進的天地往返系統(tǒng)(即航天飛機)所必不可少的重要環(huán)節(jié)。該實驗中所用的模型形狀復雜、精度要求高、又具有流線型特性，采用3D打印技術，根據CAD模型，由3D打印設備自動完成實體模型，能夠很好的保證模型質量。
3.5 家電和食品領域
3D打印技術在國內的家電行業(yè)上得到了很大程度的普及與應用，使許多家電企業(yè)走在了國內前列。美的、華寶、小天鵝、海爾等都先后采用3D打印技術來開發(fā)新產品，收到了很好的效果。
3D打印在食品領域也有成功的應用。做成的鮮肉特別有彈性，而且烹飪后肉質松散有嚼頭，絲毫不遜于真正的肉，就連肉里的微細血管都能打印出來。人們吃到“3D肉”的日子不會太遠，因為美國泰爾基金會近日已投資成立了“鮮肉3D打印技術公司”，希望能夠為大眾提供安全放心的豬肉產品。這種利用糖、蛋白質、脂肪、肌肉細胞等原材料打印出的肉具有和真正的肉類相似的口感和紋理，就連肉里的微細血管都能打印出來。
4.總結
3D打印是產業(yè)界自主創(chuàng)新的過程，政府主要負責引導方向，要讓民營企業(yè)有充分的自主發(fā)展空間，同時對一些敏感行業(yè)或者產品要加強監(jiān)管。3D打印技術市場潛力巨大，勢必成為引領未來制造業(yè)趨勢的眾多突破之一。這些突破將使工廠徹底告別車床、鉆頭、沖壓機、制模機等傳統(tǒng)工具，改由更加靈巧的電腦軟件主宰，這便是第三次工業(yè)革命的到來的標志[6]。在這種勢頭下，傳統(tǒng)的制造業(yè)將逐漸失去競爭力。
參考文獻
[1]古麗萍.蓄勢待發(fā)的3D打印機及其發(fā)展[J].北京：數碼印刷，2011(10)：64-67.
[2]丁軍濤.快速成形技術在企業(yè)實際生產中的應用[J].陜西：科技探索，2012(8).
[3]鄭利文.Objet Geometries公司推出多種復合材料3D打印機[J].北京：模具工業(yè)，2008(2)：73.
[4]梁晨光.3D打印技術縱覽“印”出來的真實世界[J].北京：微型計算機，2008(6)：106-109.
[5]喬益民，王家民.3D打印技術在包裝容器成型中的應用[J].重慶：包裝工程，2012(11)：68-72.
[6]丁博強.3D打印推動第三次工業(yè)革命[J].上海：創(chuàng)意產業(yè)，2013(2).
作者簡介：張曼(1987—)，女，安徽壽縣人，碩士，重慶工商職業(yè)學院電子信息工程系助教，研究方向：圖形圖像、計算機網絡。